CZ2007792A3

CZ2007792A3 - Zarízení pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu

Info

Publication number: CZ2007792A3
Application number: CZ20070792A
Authority: CZ
Inventors: Valášek@Michael; Mikulec@Michal
Original assignee: Cvut V Praze
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2009-05-27
Also published as: WO2009062455A3; WO2009062455A2; US20100268387A1; EP2286109A2; US8500083B2; EP2286109B1; CZ305036B6

Abstract

Je vytvoreno zarízení pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu (1) po dráze usporádané na rámu (7), pricemž objekt (1) obsahuje prostory vyplnené magnetorheologickou kapalinou (3), která se vuci objektu (1) pohybuje a zarízení osahuje alespon jeden rídící elektromagnet (2, 12) pro docílení zmeny stavu magnetorheologické kapaliny (3), ke kterému je od rídící jednotky priváden signál pro tlumení vibrací. Rídící elektromagnet/y (2, 12) je/jsou usporádán/y pevne v rámu, na kterém je uložena dráha objektu (1). Rídící elektromagnety (2, 12) jsou usporádány rovnomerne vzhledem ke dráze (4, 14) objektu (1, 5), prípadne navzájem rovnomerne. V prípade objektu (1) otocne uloženého na rámu (7) a opatreného alespon jedním odstredivým kyvadlem (6) propojeným s objektem (1) prostrednictvím tlumice (11) s magnetorheologickou kapalinou (3), která se vuci objektu (1) pohybuje, zarízení obsahuje alespon jeden rídící elektromagnet (12) pro docílení zmeny stavu magnetorheologické kapaliny (3), ke kterému je priváden signál od rídící jednotky. Na rámu (7) usporádaný nejméne jeden rídící elektromagnet (12) je ovládaný riditelným elektrickým zdrojem pro rízení intenzity jeho elektromagnetického pole.

Description

Zařízeni pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu po dráze uspořádané na rámu, přičemž objekt obsahuje prostory vyplněné magnetorheologickou kapalinou, která se vůči objektu pohybuje a zařízeni obsahuje alespoň jeden řídící elektromagnet pro docílení změny stavu magnetorheologické kapaliny, ke kterému je od řídící jednotky přiváděn signál pro tlumeni vibraci.

Dosavadní stav techniky

Vibrace jsou většinou nežádoucím jevem při chodu rozličných zařízení a většiny strojů. Týká se to zvláště vibraci rotujících částí strojů. K omezení vibrací slouží potlačování zdroje buzení, vyvážení pohyblivých částí strojů nebo je používáno tlumení vibrací. Pro tlumení vibrací jsou používány přídavné dynamické části nebo třecí prostředky pro utlumení vibrací.

Třecí tlumiče jsou popsány v UK patentu 21139 z roku 1910 a v článku J.P. Den Hartog a J.P.Ormondroyd „Torsional Vibration Dampers“ v Transactions of ASMF., vol. 52(1930), p. 13. , Pasivní torzní vibrační hltiče jsou popsány v US patentu 989958 z roku 1911, pasivní odstředivé kyvadlové hltiče jsou popsány v UK patentu 337466 z roku 1929. Aktivní (řízené) vibrační hltiče jsou popsány v Článku Y. Furuishi a J. Taketou „Vibration Control of Structure by Active Mass Damper“ v Transactions of JSME vol. 52(1986), p. 683, v US patentu 5431261 z roku 1995 a aktivní (řízené) torzní odstředivé kyvadlové hltiče jsou popsány v US patentu 5934424 z roku 1999.

Poměrně rozšířené tlumení vibrací spočívá v použití elektro nebo magnetorheologické kapaliny, která vyplňuje určitý prostor zařízení nebo stroje, přičemž v této kapalině se pohybuje, případně rotuje součást spojená se zdrojem vibrací. Řízená změna vlastností Theologických kapalin s cílem následného potlačeni vibrací, je docilována změnou elektrického nebo magnetického pole, uvnitř kterého se Theologická kapalina nachází. Při použiti magnetorheologické kapaliny se pro změnu jejich vlastností využívá změny napájeni elektromagnetů umístěných v rotující nebo pohybující se části Změna elektromagnetického pole takto vyvolaná těmito elektromagnety je řízena v závislosti na změně napájení elektromagnetů, kde napájecí, resp. řídící zdroj elektromagnetů je uspořádán v pevné části zařízeni, resp. mimo pohyblivé části obsahující magnetorheologickou kapalinu. Na pohyblivých částech zařízeni jsou proto vytvořeny konektory, na které je přiváděn signál pro elektromagnety. Mechanický styk pohybujících konektorů se statickým napájecím vedením pro změnu magnetického pole elektromagnetů přináší však nevýhody spočívající v opotřebení stykových ploch vyúsťujících v nepřesné řízení elektromagnetů, dochází rovněž ke snížení životnosti těchto spojů, v některých pracovních prostředích je toto řešení s kontakty vůbec nepoužitelné.

····

Příkladem takového použití magnetorheologické kapaliny v torzním vibračním tlumiči je CA patent 2245404 z roku 2000, DE patent 4134354 z roku 1993, US patentu 5829319 z roku 1998, JP patentu 3292435 z roku 1991.

Cílem tohoto vynálezu je zařízeni pro tlumeni vibrací pohybujícího se objektu, u kterého by bylo docíleno snadnějšího, konstrukčně nenáročnějšího ovládání elektromagnetů pro změnu vlastností magnetorheologické kapaliny, přičemž by se dosáhlo vyšší spolehlivosti tohoto zařízeni oproti stávajícím.

Podstata vynálezu

Podstata zařízení bezdotykové řízení magnetorheologického tlumiče pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu spočívá v tom, že řídicí elektromagnet/y je/jsou uspořádán/y pevně v rámu, na kterém je uložena dráha objektu Řídící elektromagnetyjsou uspořádány rovnoměrně vzhledem ke dráze objektu nebo vzájemně rovnoměrně.

Objekt je opatřen alespoň jedním tvarově stálým prostorem, zvětši části zaplněným magnetorheologickou kapalinou zasahující do zúženého hrdla prostoru. Alternativně je objekt opatřen alespoň jednou vrstvou kompozitního materiálu částečně vyplněnou magnetorheologickou kapalinou Vrstva kompozitního materiálu je pórovitá a/nebo houbovitá.

V případě objektu otočně uloženého na rámu a opatřeného alespoň jedním odstředivým kyvadlem propojeným s objektem prostřednictvím tlumiče s magnetorheologickou kapalinou je podél kruhové dráhy tlumičů na rámu uspořádán nejméně jeden řídicí elektromagnet ovládaný řiditelným elektrickým zdrojem pro řízení intenzity jeho elektromagnetického pole.

Alternativně je objekt částečně vyplněný magnetorheologickou kapalinou pružný a je spřažen s tělesem zdroje vibrací, přičemž řídicí elektromagnety jsou uspořádány kolem objektu, případně je objekt uspořádán uvnitř vinuti ňdícího/ch elektromagnetu/ů.

Výhodou vynálezu je, že není nutné přivádět na pohybující se objekt signály pro ovládáni řídících elektromagnetů. Tím je konstrukce zjednodušena a v mnoha případech agresivního prostředí, ve kterém se objekt pohybuje, vůbec umožněna. Dále je možné i snížit hmotnost pohybujícího se objektu, neboť řídící elektromagnety se s objektem nepohybují.

Přehled obrázků na výkresech

Na přiložených obrázcích je schematicky znázorněno zařízení pro řízení magnetorheologického tlumiče podle vynálezu, kde v* ··· · obr.l znázorňuje obecné uspořádáni pro řízení stavu magnetorheologické kapaliny v obecně se pohybujícím objektu, obr.2 znázorňuje uspořádání pro torzní tlumení vibrací hřídelů nebo rotujících kotoučů pomoci řízení magnetorheologického tlumiče působícího na odstředivá kyvadla dynamického hltiče torzních kmitů.

Obr. 3 znázorňuje uspořádání pro řízení stavu magnetorheologické kapaliny uspořádané v jednom prostoru uvnitř tělesa, kterým nemusí být tradiční tlumič,

Obr. 4 znázorňuje uspořádání pro řízení stavu magnetorheologické kapaliny uspořádané ve více prostorech uvnitř tělesa, kterými nemusejí být tradiční tlumiče,

Obr. 5 znázorňuje uspořádání pro řízení stavu magnetorheologické kapaliny uvnitř tělesa z kompozitu, kdy magnetorheologická kapalina je obsažena v prostoru tvořeném vrstvou materiálu s mnoha spojenými nebo oddělenými průchody, např houbou,

Obr. 6 znázorňuje uspořádání pro řízení stavu magnetorheologické kapaliny uvnitř tělesa z kompozitu, kdy magnetorheologická kapalina je obsažena v prostoru tvořeném vrstvou materiálu s mnoha spojenými nebo oddělenými průchody, např. houbou, přičemž těchto vrstev je v tělese několik,

Obr. 7 znázorňuje uspořádáni pro řízení stavu magnetorheologické kapaliny uvnitř tělesa, které je spojeno se zdrojem vibrací, např. pružně uloženým blokem motoru, který koná vratný (kmitavý) pohyb, a s elektromagnetem/ty uspořádaným/i na rámu,

Obr. 8 znázorňuje uspořádání pro řízení stavu magnetorheologické kapaliny, obdobně jako na obr. 7, s alternativním uspořádáním elektromagnetu.

Příklady provedení vynálezu

Jak je patrné na obr.l, objekt 1 se pohybuje rovnoměrně nebo nerovnoměrně po dráze 4 uspořádané na rámu, resp. základně. Jedná se v podstatě o libovolnou nepřímočarou dráhu, případně dráhu přímočarou. Uvnitř objektu 1 je vytvořena tvarově stálá dutina, která je vyplněna tlumící magnetorheologickou kapalinou 3. Podél dráhy 4 jsou rovnoměrně rozmístěny řídící elektromagnety 2, ke kterým je elektrickým napájecím vedením 10 přiváděn od řídicí jednotky 15 signál pro docílení změny intenzity magnetického pole řídících elektromagnetů 2. Řídicí jednotka 15 je představována např. řiditelným elektrickým zdrojem. Tato změna magnetického pole způsobí požadovanou změnu stavu magnetorheologické kapaliny 3 vedoucí k potlačení vibraci způsobených objektem 1 při pohybu po dráze 4.

Na obrázku 1 není znázorněno snímání vibraci od objektu 1. Signály od senzorů pro snímání vibrací objektu 1 nebo dráhy 4, po které se objekt 1 pohybuje jsou vedeny do řídící jednotky j5, kde jsou vyhodnoceny pro vyslání signálu pro změnu magnetického pole řídicích magnetů

2. Senzory pro snímání vibrací mohou být umístěny na objektu 1 nebo na rámu 7, signály do řídící jednotky 15 mohou být přenášeny bezdotykově, například vysíláním, případně kabelem.

* » · · · · • · · « * «· ·

Počet řídících elektromagnetů 2 je volitelný od jednoho po více, v závislosti na dráze a požadavku na intenzitu tlumeni celého systému. Obdobně není nutností rovnoměrné rozmístění řídících elektromagnetů vzhledem ke dráze 4 a v jejich vzájemném vztahu. Řízené magnetické pole mění především viskozitu magnetorheologické kapaliny 3.

Na obr.2 je tělesem způsobujícím nežádoucí vibrace rotující objekt 5 uložený na rámu 7 a rotující kolem osy 8 rotace. Znázorněný rotující objekt 5 je představen v podobě kotouče. Pro potlačení vibrací je objekt 5 na svém obvodu opatřen alespoň jedním kyvadlem 6 představujícím torzní dynamický hltíc, který je uložen na kotouči a pohybuje se po dráze 14, přičemž je spojen s jednou částí tlumiče H, jehož druhá část je spojena s objektem 5. Dutina vytvořená mezi oběma částmi tlumiče 11 je vyplněna tlumici magnetorheologickou kapalinou 13. Obdobně jako v příkladu provedení podle obr. 1, jsou senzory (nezakresleny) snímané vibrace od rotujícího objektu 5 přenášeny k vyhodnocení do řídící jednotky (nezakreslena), ze které jsou odesílány požadované signály pro docíleni změny intenzity magnetického pole řídících elektromagnetů 12. Změnou intenzity magnetického pole řidičích elektromagnetů 12 se změní vlastnosti, resp. stav magnetorheologickou kapaliny 13 a následně dochází k potlačeni vibrací vzniklých nepravidelnou rotací objektu 5, resp. nerovnoměrným rozložením jeho hmoty.

Na obr. 3 se objekt 1 pohybuje podél dráhy 4. Uvnitř tělesa 1 je tvarově stálý prostor částečně vyplněný magnetorheologickou kapalinou 3, která během pohybu objektu 1 přetéká z jedné části tohoto prostoru do jiné Části při současném průtoku zúženým hrdlem. Průtok magnetorheologické kapaliny 3 uvnitř prostoru a současně tím změny její polohy vůči objektu 1 je řízen pomocí řady elektromagnetů 2 umístěných podél dráhy 4. Elektromagnety 2 jsou řízeny řídící jednotkou 15 přes elektrické napájecí vedení 10 podle signálů snímaných na pohybujícím se tělese 1 nebo v jeho okolí. Řízení probíhá požadovanou změnou intenzity magnetického pole řídících elektromagnetů 2, která změní vlastnosti, resp. stav magnetorheologické kapaliny 3, tím dojde ke zpomaleni nebo zrychleni jejího pohybu a přemístěni vzhledem k objektu 1 a následně dochází k potlačeni jeho vibrací vzniklých při nerovnoměrném pohybu objektu 1, resp. nerovnoměrným rozložením jeho hmoty.

Na obr. 4 je znázorněn objekt 1 podobně jako na obr. 3, ale v tomto případě je v objektu 1 více prostorů částečně vyplněných magnetorheologickou kapalinou 3, jejíž pohyb vůči objektu 1 je ovlivněn pomocí řady elektromagnetů 2 umístěných podél dráhy 4. V tomto případě však řada elektromagnetů 2 umístěných podél dráhy 4 řídí změnou intenzity magnetického pole magnetorheologickou kapalinou 3 ve více prostorech v tělese 1 současně.

Na obr. 5 je znázorněn objekt 1 tvořený tradičními a/nebo kompozitními materiály a pohybující se podél dráhy 4. Uvnitř objektu 1 je některá z vrstev kompozitního materiálu částečně vyplněna magnetorheologickou kapalinou 3, například vrstva pórovitého (houbovitého) materiálu. Další části nebo vrstvy objektu 1 mohou být pohyblivé nebo poddajné vůči této vrstvě naplněné magnetorheologickou kapalinou 3 s tím, že tuto vrstvu s magnetorheologickou kapalinou 3 deformuji, resp. stlačují. Tato vrstva s magnetorheologickou kapalinou 3 může být však také objemově a tvarově stálá a magnetorheologická kapalina 3 se při svém pohybu prochází jednotlivými průchody této vrstvy. Pohyb magnetorheologické kapaliny 3 uvnitř tohoto pórovitého (houbovitého) materiálu vůči objektu 1 je řízen pomocí rady elektromagnetů 2 umístěných podél dráhy 4. Elektromagnety 2 jsou řízeny řídící jednotkou 15 přes elektrické napájecí vedeni 10 podle signálů snímaných na pohybujícím se tělese 1 nebo v jeho okolí. Řízení probíhá požadovanou změnou intenzity magnetického pole řídících elektromagnetů 2, která změní vlastnosti, resp.

··« stav magnetorheologické kapaliny 3, tim dojde ke zpomalení nebo zrychlení jejího pohybu uvnitř objektu 1. a následně dochází k potlačeni jeho vibraci vzniklých při nerovnoměrném pohybu objektu 1, resp. nerovnoměrným rozložením jeho hmoty.

Jiná možnost je, že objekt 1 je opatřen alespoň jednou poddajnou vrstvou zcela vyplněnou magnetorheologickou kapalinou 3. Změna tvaru této vrstvy je usnadněna nebo ztížena v závislosti na změně vlastnosti magnetorheologické kapaliny 3.

Na obr. 6 je znázorněn objekt 1 podobné jako na obr. 5, ale v tomto případě je v objektu 1 více vrstev, resp. prostorů kompozitního materiálu, částečně vyplněných magnetorheologickou kapalinou 3. Pohyb magnetorheologické kapaliny 3 je vůči objektu 1 řízen pomoci řady elektromagnetů 2 umístěných podél dráhy 4. V tomto případě však řada eiektromagnetů 2 umístěných podél dráhy 4 řídí změnou intenzity magnetického pole vlastnosti magnetorheologické kapaliny 3 ve více vrstvách objektu 1 současně. Na tomto obrázku je patrné uspořádání řídicích magnetů 2 ze dvou (více) stran pohybujícího se objektu

1.

Na obr. 7 je znázorněn objekt 1 konající kmitavý pohyb podél dráhy 4 a sloužící pro tlumení vibrací tělesa 16, například bloku motoru uloženého na rám 1 pomocí objektu 1, který je zde v podobě pružně tlumícího prvku. Objekt 1 je částečně vyplněn magnetorheologickou kapalinou 3, která se v něm pohybuje. Její pohyb je řízen změnou jejího stavu pomocí intenzity magnetického pole vytvářeného pomocí řady elektromagnetů 2 umístěných podél dráhy 4. Elektromagnety 2 jsou řízeny řídící jednotkou 15 přes elektrické napájecí vedení 10 podle signálů snímaných na pohybujícím se objektu 1 nebo na tělese 16 nebo svými účinky na rámu 7. Řízení probíhá požadovanou změnou intenzity magnetického pole řídících elektromagnetů 2, která změní vlastnosti, resp. stav magnetorheologické kapalíny 3, tím dojde ke zpomaleni nebo zrychlení jejího pohybu uvnitř tělesa při jejím průtoku zúženými místy uvnitř objektu 1 a následně dochází k potlačeni jeho vibrací vzniklých při nerovnoměrném pohybu tělesa 16 přeneseného na pohyb objektu L

Na obr. 8 je znázorněn objekt 1 obdobně jako na obr. 7, ale v tomto případě je objekt 1 uspořádán uvnitř vinutí ridícího/ch elektromagnetu/ů 2.

Claims

PATENTOVÉNÁROKY

1 Zařízení pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu po dráze uspořádané na rámu, přičemž objekt obsahuje prostory vyplněné magnetorheologickou kapalinou, která se vůči objektu pohybuje a zařízení obsahuje alespoň jeden řídící elektromagnet pro docílení změny stavu magnetorheologické kapaliny, ke kterému je od řídící jednotky přiváděn signál pro tlumeni vibrací, vyznačené tím, že řídící elektromagnet/y (2,12) je/jsou usporádán/y pevně v rámu, na kterém je uložena dráha objektu (1),
2. Zařízení pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu podle nároku 1, vyznačené tím, že řídící elektromagnety (2,12) jsou uspořádány rovnoměrně vzhledem ke dráze (4,14) objektu (1,5).
3. Zařízení pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu podle nároku 1, vyznačené tím, že řídící elektromagnety (2,12) jsou uspořádány navzájem rovnoměrně.
4 Zařízení pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu podle některého z předešlých nároků

1 až 3, vyznačené tím, že objekt (1) je opatřen alespoň jedním tvarově stálým prostorem, z větší části zaplněným magnetorheologickou kapalinou zasahující do zúženého hrdla prostoru.
5. Zařízení pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu podle některého z předešlých nároků 1 až 3, vyznačené tím, že objekt (1) je opatřen alespoň jednou vrstvou kompozitního materiálu Částečně vyplněnou magnetorheologickou kapalinou 3.

5A. Zařízeni pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu podle některého z předešlých nároků 1 až 3, vyznačené tím, že objekt (1) je opatřen alespoň jednou poddajnou vrstvou zcela vyplněnou magnetorheologickou kapalinou 3.
6. Zařízení pro tlumeni vibraci pohybujícího se objektu podle nároku 5, vyznačené tím, že vrstva kompozitního materiálu je pórovitá a/nebo houbovitá,
7. Zařízení pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu otočně uloženého na rámu a opatřeného alespoň jedním odstředivým kyvadlem propojeným s objektem prostřednictvím tlumiče s magnetorheologickou kapalinou, která se vůči objektu pohybuje a zařízení obsahuje alespoň jeden řídící elektromagnet pro docílení změny stavu magnetorheologické kapaliny, ke kterému je přiváděn signál od řídící jednotky vyznačený tím, že podél kruhové dráhy (14) tlumičů (11) je na rámu (7) uspořádán nejméně jeden řídicí elektromagnet (12) ovládaný řiditelným elektrickým zdrojem pro řízení intenzity jeho elektromagnetického pole.
8. Zařízení pro tlumení vibrací pohybujícího se objektu po dráze uspořádané na rámu, přičemž objekt obsahuje prostory vyplněné magnetorheologickou kapalinou, která se vůči objektu pohybuje, přičemž zařízení obsahuje alespoň jeden řídicí elektromagnet pro docílení změny stavu magnetorheologické kapaliny, ke kterému je přiváděn signál od řídicí jednotky, vyznačené tím, že objekt (1) částečně vyplněný magnetorheologickou kapalinou (3) je pružný a je spřažen s tělesem (16) zdroje vibrací, přičemž řídící elektromagnety (2) uspořádané pevně v rámu (7) jsou uspořádány kolem objektu (1).
9. Zařízeni pro tlumeni vibrací pohybujícího se objektu podle nároku 8, vyznačené tím, že objekt (1) je uspořádán uvnitř vinutí řídícího/ch elektromagnetu/ů (2).